Question

小明同學(xué)設(shè)計(jì)的“風(fēng)力測(cè)試儀”在校科技節(jié)上備受師生們的青睞，“風(fēng)力測(cè)試儀”的原理如圖所示．電源電壓6V，R₀為保護(hù)電阻，AB為長(zhǎng)20cm、阻值為50Ω的均勻電阻絲．OP為質(zhì)量、電阻均不計(jì)的金屬細(xì)桿，下端連接一個(gè)重為2N的球P．閉合開(kāi)關(guān)S，無(wú)風(fēng)時(shí)，OP下垂并與電阻絲的B端接觸；有風(fēng)時(shí)，球P受風(fēng)力作用，使金屬細(xì)桿OP繞懸掛點(diǎn)O偏轉(zhuǎn)，當(dāng)偏轉(zhuǎn)到電阻絲的A端時(shí)，電流表示數(shù)為0.6A．已知懸掛點(diǎn)O與電阻絲B端為10cm，金屬細(xì)桿OP始終與電阻絲AB接觸良好且無(wú)摩擦，求：
（1）R₀的阻值；（2）無(wú)風(fēng)時(shí)電流表示數(shù)；（3）在風(fēng)力作用下，當(dāng)金屬細(xì)桿OP在圖示位置靜止時(shí)，作出F風(fēng)的力臂，并求出該力的大小．

Answer 1

分析：（1）當(dāng)偏轉(zhuǎn)到離電阻絲A端時(shí)，只有電阻R₀連入電路，又知道此時(shí)電源電壓和電流，利用歐姆定律可求R₀的阻值；
（2）AB和OP的共同作用相當(dāng)于滑動(dòng)變阻器，無(wú)風(fēng)時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的是最大電阻，R₀與R_AB串聯(lián)，根據(jù)歐姆定律可計(jì)算無(wú)風(fēng)時(shí)電流表示數(shù)是多少．
（3）根據(jù)力臂的做法作出金屬細(xì)桿OP在圖示位置靜止時(shí)F_風(fēng)的力臂，利用杠桿原理求出該力的大小．

解答：解：（1）當(dāng)偏轉(zhuǎn)到離電阻絲A端時(shí)，只有電阻R₀連入電路；
∴R₀=

U

I

=

6V

0.6A

=10Ω；
（2）無(wú)風(fēng)時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路的是最大電阻R_AB=50Ω，電阻絲全部連入電路的電阻，且電阻R₀與R_AB串聯(lián)：
此時(shí)電路中的電流：
I′=

U

R0+ RAB

=

6V

10Ω + 50Ω

=0.1A．
（3）如右圖：
∵△ABO∽△PEO；
∴

PE

AB

=

EO

BO

∴

PE

EO

=

AB

BO

=

20cm

10cm

=2：1
∵金屬細(xì)桿OP平衡，以O(shè)為支點(diǎn)；
則根據(jù)杠桿平衡條件和LG=PE得：
F_風(fēng)=

LG

L風(fēng)

G=

PE

EO

G=

2

1

×2N=4N．
答：（1）R₀的阻值是10Ω；
（2）無(wú)風(fēng)時(shí)的電流表的示數(shù)為0.1A；
（3）風(fēng)力的大小是4N．

點(diǎn)評(píng)：本題通過(guò)OP將電學(xué)知識(shí)和杠桿知識(shí)連在一起，分析兩種狀態(tài)（OP豎直下垂、風(fēng)力作用下在A點(diǎn)時(shí)）利用歐姆定律是關(guān)鍵；難點(diǎn)是利用相似三角形得出它們的力臂的比值．